(57)【要約】【課題】広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を得る。【解決手段】キャビティＣ内に金属製のインサート部材Ｍ１をインサートする第１工程と、キャビティＣ内にインサート部材Ｍ１とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯Ｍ２を注湯しつつ溶湯に圧力を加える第２工程と、キャビティＣ内で溶湯Ｍ２を固化してアルミダイカスト品Ｐを得る第３工程とを備える。第２工程において、インサート部材Ｍ１は高周波コイル２ａによって誘導加熱されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする第１工程と、
該キャビティ内に該インサート部材とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を注湯しつつ該溶湯に圧力を加える第２工程と、
該キャビティ内で該溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備え、該第１工程及び／又は該第２工程において、該インサート部材は加熱されていることを特徴とするダイカスト方法。
【請求項２】
前記キャビティ内で前記インサート部材を加熱することを特徴とする請求項１記載のダイカスト方法。
【請求項３】
前記インサート部材の加熱を誘導加熱によって行うことを特徴とする請求項２記載のダイカスト方法。
【請求項４】
前記第２工程において前記溶湯によって前記インサート部材の少なくとも表面を再溶融することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のダイカスト方法。
【請求項５】
前記インサート部材はケイ素を含有する第１アルミニウム合金製であり、前記溶湯は、該第１アルミニウム合金よりもケイ素の含有量が少ない第２アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のダイカスト方法。
【請求項６】
前記第１アルミニウム合金はケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、前記第２アルミニウム合金はケイ素を９．６〜１２．０質量％含有していることを特徴とする請求項５記載のダイカスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイカスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なアルミダイカスト品は単一種類のアルミニウム合金を溶融した溶湯によって形成された母材からなる。このようなアルミダイカスト品はおよそ以下のように製造される（例えば、非特許文献１参照。）。すなわち、まず圧入口と連通するキャビティを形成するダイカスト用金型を用意する。次いで、そのキャビティ内に溶湯を注湯しつつその溶湯に圧力を加える。そして、そのキャビティ内で溶湯を固化させ、母材とする。こうして得られるアルミダイカスト品は、圧縮機のハウジング、ピストン等、ある程度の強度を有しつつ軽量性が要求される多くの部品に採用される。
【０００３】
また、溶湯による母材とは成分が異なる母材がインサート部材としてインサートされたアルミダイカスト品も知られている。このようなアルミダイカスト品はおよそ以下のように製造される（例えば、非特許文献２参照。）。この場合もまず圧入口と連通するキャビティを形成するダイカスト用金型を用意する。次いで、そのキャビティ内にインサート部材をインサートした後、そのキャビティ内に溶湯を注湯しつつその溶湯に圧力を加える。そして、そのキャビティ内で溶湯を固化させ、母材とする。こうして得られるアルミダイカスト品も多くの部品に採用される。
【０００４】
【非特許文献１】菅野友信・植原寅蔵著「ダイカスト技術入門−第２版−」日刊工業新聞社、１９９７年１２月１８日、Ｐ．１−４
【非特許文献２】高橋清・新居和嘉・宮田清蔵・柳田博明監修「工業材料大辞典」工業調査会、１９９７年１０月２０日、Ｐ．１０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、単一種類の溶湯のみによって形成された一般的なアルミダイカスト品は、その溶湯によって形成される母材が単一種類であるため、その成分による強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性等、物理的又は機械的な特性が限られたものとなってしまっており、部分的に異なる物理的又は機械的な特性を発揮することができない。そのような部分的な特性の変更を行おうとする場合には、そのアルミダイカスト品に他の成分からなる部材を接合したり、メッキや塗膜等の表面処理を施したりする必要があり、この場合には、母材とこれらとの間の密着力に懸念を生じてしまう。また、この場合には、製造時の工程増加が避けられず、製造コストの高騰化を生じてしまう。
【０００６】
この点、溶湯による母材とは成分が異なるインサート部材をインサートしたアルミダイカスト品であれば、溶湯からなる母材とインサート部材からなる母材とによって部分的に異なる物理的又は機械的な特性が発揮されることとなる。また、この場合には、インサート部材をキャビティ内に設ける手間はあるものの、さほどの製造工程の増加を生じず、製造コストの高騰化もさほど生じない。しかしながら、発明者らの試験結果によれば、こうして得られたアルミダイカスト品では、母材とインサート部材との間の密着力が必ずしも十分なものではない。
【０００７】
なお、特開２０００−２８０２７７号には、例えばマグネシウムの溶湯及び未固化の樹脂を用い、これらを二層かつ一体に成形するための金型及び方法が開示されている。しかしながら、この技術は、マグネシウム及び樹脂等、主要となる成分が異なる異種材料を母材とするものであり、異種材料間の大きく異なる特性差を利用しているに過ぎない。このため、主要となる成分がアルミニウムで共通する同種材料を母材とするアルミダイカスト品を製造しようとする場合には、同種材料間の特性差が異種材料間程大きくなく、そのままこの技術を採用することができない。
【０００８】
また、実全昭６１−５５１８８号公報に記載されているように、第１混合粉によって形成された第１母材と、第１母材と一体に形成され、第１混合粉とは成分が異なる第２混合粉によって形成された第２母材とからなる焼結品を用いることも考えられる。この焼結品は、第１混合粉からなる第１圧粉体と、第２混合粉からなる第２圧粉体とを冷間静水圧（ＣＩＰ）成形法により一体に成形して複合圧粉体を得た後、第１圧粉体及び第２圧粉体に跨る口金をもつダイスを使用して複合圧粉体を熱間押出加工することにより得られる。こうして得られる焼結品は、第１母材と第２母材との成分が異なりながら、これらが一体に形成されているため、第１母材と第２母材との離反を生じることなく、部分的な特性の変更を実現することができる。しかしながら、このような焼結品は、複雑な形状に成形し難いとともに、製造時に材料を粉末にする必要があり、製造コストの面ではアルミダイカスト品等の鋳造品に比して不利である。
【０００９】
さらに、特開平１０−２８８０７９号公報、特開平１０−３２３７４７号公報に記載されているように、単一の溶湯を用いつつ、ろ過材によってその溶湯中の硬質粒子を部分的に凝集させてなるアルミダイカスト品を用いることも考えられる。こうして得られるアルミダイカスト品によっても部分的な特性の変更を実現することができる。しかしながら、このアルミダイカスト品は硬質粒子の凝集による部分的な耐摩耗性の向上しか実現することができず、他の特性の部分的な変化を実現することができない。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を得ることを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行った。この結果、インサート部材をもつアルミダイカスト品は、広く特性の部分的な変化の実現には有効であることを確認した。しかし、従来のインサート部材をもつアルミダイカスト品では、予め成形して常温まで冷却したインサート部材を用い、しかもそのキャビティ内のインサート部材がほぼ常温のままで溶湯を注湯しており、このために母材とインサート部材との間の密着力が必ずしも十分なものではなかったことを確認した。発明者らは、その原因の一つが常温まで冷却されたインサート部材の表面に強固な酸化膜が存在すること、また他の原因がキャビティ内のインサート部材がほぼ常温のままで溶湯を注湯してもそのような酸化膜を破壊することができないことにあることを発見したのである。こうして、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
本発明のダイカスト方法は、キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする第１工程と、
該キャビティ内に該インサート部材とは成分の異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を注湯しつつ該溶湯に圧力を加える第２工程と、
該キャビティ内で該溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備え、該第１工程及び／又は該第２工程において、該インサート部材は加熱されていることを特徴とする。
【００１３】
このダイカスト方法では、まず第１工程において、キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする。そして、第２工程において、キャビティ内にインサート部材とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を注湯しつつ溶湯に圧力を加える。この第１工程及び／又は第２工程において、インサート部材は加熱されているため、一旦形成された酸化膜が溶湯によって破壊され易い。この後、第３工程において、キャビティ内で溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る。
【００１４】
こうして得られるアルミダイカスト品は、インサート部材によって第１母材が形成され、溶湯によって第２母材が形成される。このアルミダイカスト品は、第１母材と第２母材との成分が異なることから、部分的な強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性の変更等、広く特性の部分的な変化を実現することができる。また、このアルミダイカスト品では、主要となる成分がアルミニウムである溶湯によって第２母材が形成されることにより金属組織が同一となり、第１母材と第２母材との境界は金属組織は異なるものの酸化膜が存在しない部分が存在していることとなる。このため、このアルミダイカスト品は、異なる金属組織の第１母材及び第２母材が優れた密着力の下で存在することとなる。このアルミダイカスト品では、その境界に全く酸化膜がない場合と、酸化膜が残っているものの、その酸化膜が連続しておらず、部分的に破壊されている場合とがある。もちろん、その境界にはろう材や溶接材が存在しない。さらに、このアルミダイカスト品は、さほどの製造工程の増加を生じず、かつ焼結品に比して形状の制限がなく、焼結品のように製造時に材料を粉末にする必要がないため、製造コストの面で有利である。
【００１５】
したがって、このダイカスト方法では、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を製造することができる。こうして得られるアルミダイカスト品は、より局部的な強度向上、機械加工の容易性等が要求される例えばＣＯ2圧縮機のハウジング、ピストン等に用いられることにより、そのＣＯ2圧縮機の軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。
【００１６】
このダイカスト方法において、第１工程でインサート部材が加熱されているものであるとするためには、予め加熱したインサート部材をキャビティ内にインサートする手段や常温まで冷却されたインサート部材をキャビティ内で加熱する手段を採用することができる。このうち、キャビティ内でインサート部材を加熱することが好ましい。この場合、インサート部材を把持する装置の耐久性等に懸念を生じないとともに、インサートの途中でインサート部材が大気に触れて冷却されることもなく、効率的にインサート部材を加熱することができるからである。特に、インサート部材の加熱を誘導加熱によって行うことが好ましい。高周波コイルによって比較的簡易にインサート部材を加熱することができるからである。
【００１７】
溶湯は単一の成分のものだけに限られず、異なった成分の溶湯を順次キャビティ内に注湯することができる。この場合、キャビティを順次拡大することも可能である。
【００１８】
第２工程において、溶湯によってインサート部材の少なくとも表面を再溶融することが好ましい。これにより、インサート部材の酸化膜が破壊される。
【００１９】
このダイカスト方法は、インサート部材がケイ素を含有する第１アルミニウム合金製であり、溶湯は、第１アルミニウム合金よりもケイ素の含有量が少ない第２アルミニウム合金である場合、効果的である。こうして得られるアルミダイカスト品は、第１母材がケイ素を多く含有する第１アルミニウム合金であり、第２母材がケイ素を少なく含有する第２アルミニウム合金であることから、第１母材では高硬度、低線熱膨張係数の特性を発揮し、第２母材では低硬度、高線熱膨張係数の特性を発揮する。
【００２０】
このダイカスト方法は、例えば、第１アルミニウム合金がケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、第２アルミニウム合金がケイ素を９．６〜１２．０質量％含有している。発明者らはこのダイカスト方法を実施してアルミダイカスト品を製造し、その効果を確認した。このアルミダイカスト品によれば、第１母材で高耐摩耗性を実現しつつ第２母材で機械加工の容易性を実現し、高性能並びに軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
まず、図１及び図２に示すダイカスト用金型を用意する。このダイカスト用金型では、固定型１と可動型２とが互いに離れる水平方向に移動可能に設けられており、固定型１の図中の左面には第１金型３が固定され、可動型２の図中の右面には第２金型本体４が固定されている。固定型１と可動型２との水平方向の移動により、第１金型３及び第２金型本体４は水平方向に型開き可能に構成されている。
【００２３】
第２金型４にはキャビティＣが形成されている。第１金型３にはキャビティＣ内に突出する固定ピン３ａが固定されている。可動型２には固定ピン３ａ近傍に位置する高周波コイル２ａが設けられている。可動型２、第１金型３及び第２金型４はＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金からなる。
【００２４】
第１金型３にはキャビティＣの下端と連通する圧入口３ｂが形成されている。圧入口３ｂにはインジェクション１０が設けられている。インジェクション１０は、圧入口３ｂと連通する射出スリーブ１０ａと、この射出スリーブ１０ａ内を摺動するプランジャ１０ｂと、プランジャ１０ｂをロッドによって前進及び後退させるシリンダ１０ｃとからなる。
【００２５】
以上のダイカスト用金型を用い、まず第１工程において、予め成形され、常温まで冷却されたインサート部材Ｍ１を図示しないロボットによって把持し、固定ピン３ａによってそのインサート部材Ｍ１を保持し、キャビティＣ内にインサート部材Ｍ１をインサートする。このインサート部材Ｍ１は、Ｃｕが４．０〜５．０質量％、Ｓｉが１６．０〜１８．０質量％、Ｍｇが０．４５〜０．６５質量％、Ｚｎが１．５質量％以下、Ｆｅが１．３質量％以下、Ｍｎが０．５質量％以下、Ｎｉが０．３質量％以下、Ｓｎが０．３質量％以下、Ａｌが残部のＡＤＣ１４（第１アルミニウム合金）である。
【００２６】
そして、第２工程において、高周波コイル２ａによってインサート部材Ｍ１を５００°Ｃ程度まで加熱する。この状態において、インジェクション１０の射出スリーブ１０ａ内に溶湯Ｍ２を一定量入れ、シリンダ１０ｃによってプランジャ１０ｂを前進させる。溶湯Ｍ２は、Ｃｕが１．５〜３．５質量％、Ｓｉが９．６〜１２．０質量％、Ｍｇが０．３質量％以下、Ｚｎが１．０質量％以下、Ｆｅが１．３質量％以下、Ｍｎが０．５質量％以下、Ｎｉが０．５質量％以下、Ｓｎが０．２質量％以下、Ａｌが残部のＡＤＣ１２（第２アルミニウム合金）であり、６５０〜７００°Ｃで溶融されている。こうして、キャビティＣ内に溶湯Ｍ２を注湯しつつ溶湯Ｍ２に圧力を加える。この際、インサート部材Ｍ１が高周波コイル２ａによって加熱されているため、一旦形成された酸化膜が溶湯Ｍ２によって再溶融され、効果的に破壊される。
【００２７】
この後、第３工程において、キャビティＣ内でインサート部材Ｍ１及び溶湯Ｍ２を固化してアルミダイカスト品Ｐを得る。このアルミダイカスト品Ｐは、図３（Ｂ）に示すように、インサート部材Ｍ１からなる第１母材Ｍ１と、第１母材Ｍ１とは酸化膜が存在しない部分のある境界によって一体に形成され、溶湯Ｍ２からなる第２母材Ｍ２とからなる。
【００２８】
このアルミダイカスト品Ｐは、第１母材Ｍ１と第２母材Ｍ２との成分が異なることから、部分的な強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性の変更等、広く特性の部分的な変化を実現することができる。より具体的には、ＡＤＣ１４からなる第１母材Ｍ１は、引張強さ３２０ＭＰａ、０．２％耐力２５０ＭＰａ、伸び１％未満、硬さ１０８ＨＢ（１０／５００）、衝撃強さ３．８ｋＪ／ｍ2、ヤング率８１．２ＧＰａ、密度２．７３ｇ／ｃｍ2、熱伝導率１３４Ｗ／ｍ・Ｋ、線熱膨張係数１８×１０-6／Ｋ、導電率３７％（ＩＡＣＳ）等の特性を発揮する。一方、ＡＤＣ１２からなる第２母材Ｍ２は、引張強さ３１０ＭＰａ、０．２％耐力１５０ＭＰａ、伸び３．５％、硬さ８６ＨＢ（１０／５００）、衝撃強さ８．１ｋＪ／ｍ2、密度２．６８ｇ／ｃｍ2、熱伝導率９６Ｗ／ｍ・Ｋ、線熱膨張係数２１×１０-6／Ｋ、導電率２３％（ＩＡＣＳ）等の特性を発揮する。
【００２９】
また、このアルミダイカスト品Ｐでは、第１母材Ｍ１がインサート部材Ｍ１によって形成されていることからその成分に基づいて同一の金属組織となり、第２母材Ｍ２が溶湯Ｍ２によって形成されていることからその成分に基づいて同一の金属組織となり、第１母材Ｍ１と第２母材Ｍ２との境界は金属組織は異なるものの酸化膜が存在しない部分が存在していることとなる。このため、このアルミダイカスト品Ｐは、異なる金属組織の第１母材Ｍ１及び第２母材Ｍ２が優れた密着力の下で存在することとなる。このため、このアルミダイカスト品Ｐは優れた耐久性を発揮することができる。
【００３０】
さらに、このアルミダイカスト品Ｐは、さほどの製造工程の増加を生じず、かつ焼結品に比して形状の制限がなく、焼結品のように製造時に材料を粉末にする必要がないため、製造コストの面で有利である。
【００３１】
したがって、このダイカスト方法によれば、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないダイカストＰ品を製造することができる。このアルミダイカスト品Ｐは、ＣＯ2圧縮機のハウジング、ピストン等に用いられることにより、そのＣＯ2圧縮機の軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。
【００３２】
上記実施例と同様のダイカスト方法により、ベーン型圧縮機のベーンを製造することも可能である。この場合、ベーンの先端部分を高硬度の母材とし、他の部分を低硬度の母材とする。
【００３３】
また、上記実施例と同様のダイカスト方法により、ピストン型圧縮機のピストンが摺動するシリンダブロックを製造することも可能である。この場合、シリンダブロックの摺動部分を高硬度の母材とし、他の部分を低硬度の母材とする。
【００３４】
さらに、上記実施例と同様のダイカスト方法により、ヒートシンク部品を製造することも可能である。この場合、受熱部分を高熱伝導性の母材とする。
【００３５】
また、上記実施例と同様のダイカスト方法により、種々の圧縮機の軸受部分を製造することも可能である。この場合、回転部分を鉄系材料からなる駆動軸に近い線熱膨張係数の母材とする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例に係るダイカスト用金型の断面図である。
【図２】実施例に係るダイカスト用金型の断面図である。
【図３】実施例に係るアルミダイカスト品に係り、図Ａは断面図、図Ｂは要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｍ１…インサート部材、第１母材
Ｍ２…溶湯、第２母材
Ｃ…キャビティ
Ｐ…アルミダイカスト品
【図１】
2005177834.tif 000003
【図２】
2005177834.tif 000004
【図３】
2005177834.tif 000005